Question

3．甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，它清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能，甲醚是一種無色氣體，具有輕微的醚香味，其燃燒熱為1455  kJ•mol^-1，甲醚可作燃料電池的燃料．
（1）寫出甲醚燃燒的熱化學方程式CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；已知H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；計算反應4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₃OCH₃（g）的反應熱為△H=-378.8kJ/mol；
（2）工業(yè)上利用H₂和CO₂合成二甲醚的反應如下：6H₂（g）+2CO₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
①一定溫度下，在一個固定體積的密閉容器中進行該反應．下列能判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的是ad（選填編號，注意大小寫）
a．c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變
b．單位時間內有2mol H₂消耗時，有1mol H₂O生成
c．容器中氣體密度不再改變
d．容器中氣體壓強不再改變
②溫度升高，該化學平衡移動后，達到新的平衡，CH₃OCH₃的產率將變小（填“變大”、“變小”或“不變”，下同）
（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池．該電池的負極反應式的其中一個產物是CO₃^2-，請寫出該反應的負極反應式CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O；
（4）用（3）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mL NaCl溶液，裝置如圖所示，請寫出電解過程中Y電極附近觀察到的現(xiàn)象是Y電極附近溶液中有氣體產生，上部分呈黃綠色；當燃料電池消耗2.8LO₂（標準狀況下）時，計算此時：NaCl溶液的pH=14（假設溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．

Answer 1

分析 （1）依據燃燒熱概念含義是1mol甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量為燃燒熱，結合書寫方法寫出熱化學方程式；
依據燃燒熱寫出熱化學方程式，結合蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式和對應焓變；
（2）①反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進行判斷．
②根據反應放熱，故升高溫度，平衡左移，據此判斷CH₃OCH₃的產率；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應比直接燃燒能量轉化率高；
（4）惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；依據原電池和電解池中存在的電子守恒結合電極反應計算溶液PH．

解答 解：（1）甲醚的燃燒熱為1455kJ/mol，則燃燒方式的熱化學方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
H₂（g）和C（s）的燃燒熱分別是285.8kJ•mol^-1、393.5kJ•mol^-1；熱化學方程式
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol；
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol；
③CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；
依據蓋斯定律計算①×3+②×2-③得到反應熱化學方程式為：2C（s）+3H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CH₂OCH₃（g）：△H=-169.4kJ/mol；
4C（s）+6H₂（g）+O₂（g）═2CH₂OCH₃（g）：△H=-338.8kJ/mol；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H₁=-1455kJ/mol；△H=-378.8kJ/mol；
（2）①a、在反應達平衡前，c（H₂）與c（H₂O）的比值在變小，故當c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變時，反應達平衡，故A選；
b、單位時間內有2mol H₂消耗時一定會有1mol H₂O生成，故不能作為平衡的標志，故B不選；
c、本反應的反應物和生成物全是氣體，根據質量守恒可知，在反應過程中氣體的質量一直不變，而又是恒容的容器，即氣體體積不變，故氣體密度ρ=$\frac{m}{V}$一直不變，故密度不變不能作為平衡的標志，故c不選；
d、此反應是個氣體的物質的量有改變的反應，即在平衡之前，容器中氣體的物質的量和壓強在變化，故當壓強不變時，說明反應達平衡，故d選．
故選ad；
②反應放熱，故升高溫度，平衡左移，故CH₃OCH₃的產率將變小，故答案為：變��；
（3）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^-12e^-=2CO^2-₃+11H₂O；
（4）電解池中Y電極為陽極，溶液中氯離子失電子發(fā)生氧化反應生成氯氣，現(xiàn)象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；
當燃料電池消耗2.8LO₂（標準狀況下）物質的量=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，電極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉移為0.5mol，電解池中 陽極電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，依據電子守恒溶液中減少氫氧根離子物質的量和增加的氫離子物質的量守恒，則溶液中氫離子濃度=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，此時NaCl溶液的pH=14；
故答案為：Y電極附近溶液中有氣體產生，上部分呈黃綠色；14．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫方法和燃燒熱概念，蓋斯定律的計算應用，原電池反應、電解池反應原理的應用判斷，掌握實質是解題關鍵，題目難度中等．